Histon Kuyruklarının Kovalent Modifikasyonları
Besne Çelik – Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Afyon Kocatepe Üniversitesi
Histon proteinler, küçük molekül ağırlıklı, bazik özellikte ve evrim sırasında fazla korunmuş proteinlerdir. Histonların miktarca sabitlikleri ve korunmuşluk derecelerinin yüksek olması, kromatinin yapısal oluşumundaki başlıca yapı taşları olduklarına dair kanıtlar içermektedir. Histon proteinlerinin nükleozom çekirdek parçacığı yapısına katılmayarak dışarı uzanan 20-30 amino asit uzunluğundaki özellikle amino-N-uçları histon kuyruklarını oluşturmaktadır. Tanımlanan histon modifikasyon çeşitlerinin sayısı 100’ü geçmiştir. Histidin, arjinin ve lisin gibi amino asitlerce zengin olan bu kuyrukların, yakınlarda bulunan nükleozom çekirdek taneciklerinin üzerindeki asidik bölgeler ile etkileşerek kromatin yoğunlaşmasında katkıda bulundukları gözlemlenmiştir. Esnek yapıda oldukları bilinen histon kuyruklarının üzerindeki birçok amino asit yan zincir grubunun özgül olarak kovalent kimyasal modifikasyona uğradığı gözlemlenmiştir. Histon kuyruklarında modifiye edilmiş amino asitler ve modifikasyon tipleri çok çeşitlidir. Üzerinde çok çalışılmış belli başlı modifikasyon tipleri; asetillenme, metillenme, fosforillenme ve ubikitinlenme olmaktadır.[1,2]
Asetillenme
Proteinlerin N- ucundaki alfa amin grubunun asetilasyonu ökaryotlarda çok yaygın görülen bir modifikasyon olmaktadır. Maya proteinlerinin %40-50’si ve insan proteinlerinin %80-90’ı bu şekilde değişime uğramaktadır. Transkripsiyon faktörleri, efektör proteinler, moleküler şaperonlar ve hücre iskeleti proteinin asetillenme yoluyla düzenlenmesi, çevrim sonrası değişim yoluyla gerçekleşen önemli mekanizmalardan biri olmaktadır. Asetil koenzim A’yı substrat olarak kullanarak asetillenme reaksiyonunu gerçekleştiren enzimler, histon asetiltransferaz (HAT) enzimleridir. Bu asetillenmeye örnek olarak Gcn5 ve CBP/p300 enzimleri gösterilmektedir. CBP/p300’ün tümör baskılayıcı protein Tp53’ü asetillemesi, bir histon asetiltransferaz’ın histon dışındaki proteinleri de asetilleyerek aktivitelerinin kontrolünde rol sahibi olabildiği bilinmektedir. Histon kuyruklarının üzerinde değişik noktalarında lizin amino asitlerinde asetillenme gerçekleşmektedir. Lizinin, bazik elektrik yükünü nötralize ederek nükleozom-nükleozom etkileşimlerini zayıflatarak açık kromatin yapısını teşvik etmek ve gen transkripsiyonunda rol alan proteinlerde bulunan bazı modüller için bağlanma yüzeyi oluşturmak için histon kuyruklarındaki asetilenmiş lizinler gen aktivasyonuna katkıda bulunmaktadır.[3]
Metillenme
Protein metilasyonu tipik olarak protein dizisindeki arjinin ve lizin amino asitlerini hedefleyen metillenme, asetillenmenin aksine elektrik yük değişimine yol açmamaktadır. Her bir lizin ya da arjinin tek (mono-), çift (di-), ya da üçlü (tri-) metillenmeye maruz kalabilmektedir. Çift metillenme durumunda ya her iki metil grubu birden uçtaki azot üzerinde bulunabilir veya her bir azot atomu üzerinde birer metil grubu bulunmaktadır. S-adenozil metiyoninden metil gruplarının histonlara aktarılması histon metiltransferaz olarak adlandırılan enimler tarafından gerçekleşmektedir. Gen ifadesi açısından , bazı metillenmeler baskılayıcı etki göstermekteyken (HeK27me3), bazıları ise gen aktivasyonu ile ilişkilendirilmiştir (H3K4me3). Metillenme reaksiyonunu, histon metiltransferaz enzimleri (HMT) tarafından gerçekleşmektedir. Bu enzimlerin birçoğu gelişim biyolojisi veya kanserdeki rolleriyle tanımlanmış faktörlerdir (EZH2, MLL2). Metilleme ya da demetilleme aktivitesi olan her bir enzimin, ya sadece belirli bir pozisyondaki amino asiti, ya da kısıtlı sayıda amino asitleri üzerinde aktif olduğu yani, aktif substrat seçiciliğine sahip olduğu gözlemlenmektedir. [4]
Fosforillenme
Serin, treonin ve tirozin amino asitleri üzerinde gerçekleşebilen histon fosforillenmesinin mitoz bölünme ve DNA tamiri gibi işlevlerinin yanı sıra gen aktivasyonu ile ilişkisi de gösterilmektedir (mayada Snf1 kinazı tarafından gerçekleştirilen H3S10 fosforillenmesi: H3S10ph). Fosforillenme, tersinmesi de çok sayıdaki değişik fosfataz enzimleri ile gerçekleştirilmektedir.[5]
Ubikuitinlenme
Histonlar üzerinde gözlenen ubikuitillenme, ağırlıkla tek bir ubikuitin peptidinin belirli histon H2A ya da H2B C-uç lizin amino asidine eklenmesi şeklinde gerçekleşmektedir. Mono – ubikuitillenme ve bu reaksiyon histon yıkımına yol açmamaktadır. Histon H2B proteinin C-ucundaki belirli bir lizinin mono-ubikuitinlenmeye uğramasında etkili enzimsistemleri önce mayada ve daha sonra diğer ökaryotlarda tanımlanmaktadır. Ubikuitillenmeyi tersine çevirmek gen ifadesi düzenlenmesinde ve genom organizasyonunda rol alan proteazlar da önce maya sisteminde daha sonra ökaryotlarda tanımlanmaktadır. [6,7]
Referanslar
1. Bannister, AJ., Kouzarides, T. (2011). Regulation of chromatin by histone modifications. Nature, 21(3) : 381-395.
2. Kouzarides, T. (2007). Chromatin Modifications and Their Function. Cell Press, 128(4) : 693-705.
3. Lee, KK., Workman, JL. (2007). Histone acetyltransferase complexes: one size doesn’t fit all. Nature, 8(4): 284-295.
4. Greer, EL., Shi, Y. (2012). Histone methylation: A dynamic mark in health, disease and inheritance. Nature, 13(5):343-357.
5. Nowak, SJ., Corces, VG. (2004). Phosphorylation of histone H3: a balancing act between chromosome condensation and transcriptional activation. Trends Genet, 20(4) : 214-220.
6. Cao, J., Yan, Q. (2012). Histone ubiquitination and deubiquitination in transcription, DNA damage response, and cancer. Front Oncol, 2 : 26.
7. Emre, NCT., Berger, SL. (2004). Histone H2B ubiquitylation and deubiquitylation in genomic regulation. Cold Spring Harb Symp Quant Biol, 69 : 289-299.